静电场 (3)精选课件.ppt

关于静电场(3)第一页，本课件共有64页教学基本要求教学基本要求 一一、掌握静电场的电场强度概念和电场强度叠加原理、掌握静电场的电场强度概念和电场强度叠加原理.二二、了了解解用用电电场场线线形形象象描描述述静静电电场场强强分分布布的的方方法法，理理解解真真 空空中静电场高斯定理的内容和用高斯定理求场强分布的条件和方法中静电场高斯定理的内容和用高斯定理求场强分布的条件和方法.三、理解静电场环路定理的内容三、理解静电场环路定理的内容.四、掌握静电场的电势概念和叠加原理四、掌握静电场的电势概念和叠加原理.五、了解用等势面形象描述静电场电势和场强分布的方法五、了解用等势面形象描述静电场电势和场强分布的方法.*六、了解场强与电势的微分关系六、了解场强与电势的微分关系.七、能计算简单问题中的场强分布和电势分布七、能计算简单问题中的场强分布和电势分布.八八、了了解解电电偶偶极极矩矩的的概概念念，能能计计算算电电偶偶极极子子在在均均匀匀电电场场中中所所受的力和力矩受的力和力矩.第二页，本课件共有64页教学基本要求（续）教学基本要求（续）九九、了了解解静静电电感感应应现现象象，了了解解导导体体静静电电平平衡衡条条件件，了了解解静静电电平平衡衡时时导导体体上上的的电电荷荷分分布布和和导导体体表表面面附附近近的的场场强强分分布布，了了解解有有导导体体存存在在时时静电场的分析与计算方法静电场的分析与计算方法.十、了解介质的极化现象及其微观解释，了解均匀介质极化对场十、了解介质的极化现象及其微观解释，了解均匀介质极化对场强分布的影响强分布的影响.*十一十一、了解电位移矢量的概念，了解均匀介质中电位移矢量与、了解电位移矢量的概念，了解均匀介质中电位移矢量与电场强度矢量的关系，了解介质中高斯定理的内容电场强度矢量的关系，了解介质中高斯定理的内容.十二十二、了解电容器和电容的概念，了解计算平行板、圆柱形、了解电容器和电容的概念，了解计算平行板、圆柱形和球形电容器电容的公式和球形电容器电容的公式.十三十三、了解电容器的储能公式，了解电场能量密度的概念，了、了解电容器的储能公式，了解电场能量密度的概念，了解利用电场能量密度计算电场能量的方法解利用电场能量密度计算电场能量的方法.第三页，本课件共有64页6-1 电场强度电场强度预习要点预习要点1.认识物质的电结构和电荷守恒定律认识物质的电结构和电荷守恒定律.2.初步了解真空中库仑定律及其矢量表达式初步了解真空中库仑定律及其矢量表达式.3.领会电场的概念和电场强度的定义领会电场的概念和电场强度的定义.4.点电荷电场强度分布的规律如何？点电荷电场强度分布的规律如何？5.什么是电场叠加原理，怎样应用它求电场强度分布什么是电场叠加原理，怎样应用它求电场强度分布?第四页，本课件共有64页一、电荷一、电荷1.电荷是一种物质属性，源于原子的电结构电荷是一种物质属性，源于原子的电结构.电荷有两类，正电荷、负电荷电荷有两类，正电荷、负电荷.2.电荷性质电荷性质同性相斥、异性相吸同性相斥、异性相吸.3.3.电荷守恒定律电荷守恒定律 电电荷荷不不能能创创造造，也也不不会会自自行行消消失失，只只能能从从一一个个物物体体转移转移到另一个物体，在整个过程中电荷的代数和守恒到另一个物体，在整个过程中电荷的代数和守恒.4.电荷量子化电荷量子化 物物体体所所带带电电荷荷量量都都是是元元电电荷荷的的整整数数倍倍.电电荷荷的的这这种种特性叫电荷的特性叫电荷的量子性量子性.电荷的基本单元就是一个电子所带电荷量的绝对值电荷的基本单元就是一个电子所带电荷量的绝对值.第五页，本课件共有64页二、库仑定律二、库仑定律 真真空空中中两两个个静静止止的的点点电电荷荷q1和和q2之之间间的的作作用用力力的的大大小小与与这这两两个个电电荷荷所所带带电电荷荷量量的的乘乘积积成成正正比比，与与它它们们之之间间距距离离的的平平方方成成反反比比，作作用用力力的的方方向向沿沿着着这这两两个个点点电电荷荷的连线，的连线，同号电荷相斥同号电荷相斥，异号电荷相吸异号电荷相吸.真空中的电容率真空中的电容率第六页，本课件共有64页三、电场和电场强度三、电场和电场强度电荷电荷电电 场场电荷电荷1.1.电电场场：任任何何电电荷荷都都将将在在自自己己周周围围的的空空间间激激发发电电场场，电电场场对对处处于于其其中中的的任任何何电电荷荷都都有有力力（称称电电场场力力）的的作作用，即电荷之间的作用力是通过场来传递的用，即电荷之间的作用力是通过场来传递的.2.2.电场强度电场强度:是从力的方面描写电场性质的物理量是从力的方面描写电场性质的物理量.定义电场强度定义电场强度:设场源电荷为设场源电荷为Q，检验电荷，检验电荷q0在某场点处受电场力为在某场点处受电场力为第七页，本课件共有64页 由电场定义知，电场中某点的电场强度为一个由电场定义知，电场中某点的电场强度为一个矢量矢量，其，其大小等于单位大小等于单位正电荷正电荷在该点所受在该点所受电场力电场力的的大小大小，方向为，方向为单位正电荷在该点所受力的方向单位正电荷在该点所受力的方向.电荷电荷 在电场中受的静电力在电场中受的静电力3.3.点电荷的场强分布点电荷的场强分布为正，为正，与与 同向；同向；为负，为负，与与 反向反向.第八页，本课件共有64页四、场强叠加原理四、场强叠加原理由力的叠加原理得由力的叠加原理得 所受合力所受合力 点电荷点电荷 对对 的作用力的作用力 故故 处总电场强度处总电场强度 电场强度的电场强度的叠加原理叠加原理第九页，本课件共有64页2.电荷连续分布电荷连续分布电荷电荷体体分布分布电荷电荷面面分布分布电荷电荷线线分布分布1.点电荷系的合场强点电荷系的合场强为电荷分布的体密度为电荷分布的体密度为电荷分布的面密度为电荷分布的面密度为电荷分布的线密度为电荷分布的线密度电荷元的元场强：电荷元的元场强：合场强为合场强为第十页，本课件共有64页例例:求电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度求电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度.第十一页，本课件共有64页（定义电偶极矩（定义电偶极矩 ）若若 ，则则第十二页，本课件共有64页例例：均均匀匀带带电电直直线线长长为为2l，所所带带电电荷荷量量q ,求求中中垂垂线线上上一一点的电场强度点的电场强度.电荷线密度电荷线密度由场对称性由场对称性,Ey=0解解:第十三页，本课件共有64页查积分表查积分表若若 ,(,(无限长均匀带电直线无限长均匀带电直线)第十四页，本课件共有64页解解例例:正电荷正电荷 均匀分布在半径为均匀分布在半径为 的圆环上的圆环上.计算在环计算在环的轴线上任一点的轴线上任一点 的电场强度的电场强度.第十五页，本课件共有64页由对称性有由对称性有 即在远离环心的地方即在远离环心的地方,带电环的场强可视为电带电环的场强可视为电荷全部集中在荷全部集中在环心环心处所产生的场强处所产生的场强.若若第十六页，本课件共有64页6-2 高斯定理高斯定理预习要点预习要点1.引入电场线的意义是什么引入电场线的意义是什么?电场线有哪些性质电场线有哪些性质?2.领会电场强度通量这个概念及计算公式领会电场强度通量这个概念及计算公式.3.高斯定理的内容是什么高斯定理的内容是什么?其数学表达式如何其数学表达式如何?高斯定理反高斯定理反映静电场具有什么性质映静电场具有什么性质?4.如何应用高斯定理计算某些特殊分布电荷的场强度如何应用高斯定理计算某些特殊分布电荷的场强度?第十七页，本课件共有64页一、电场线一、电场线 电场线方向：电场线方向：曲线上每一点曲线上每一点切线切线方向为该点电场方向；方向为该点电场方向；规定规定1.1.定义定义:为形象描绘静电场而引入的一组空间曲线为形象描绘静电场而引入的一组空间曲线.电电场场线线密密度度：垂垂直直于于 的的单单位位面面积积的的电电场场线线的的数数目，大小等于目，大小等于 .2.2.电场线特性电场线特性(1(1）始始于于正正电电荷荷(或或来来自自无无穷穷远远),),止止于于负负电电荷荷(或或伸伸向向无无穷穷远远).).(2(2）在在没没有有点点电电荷荷的的空空间间里里，任任何何两两条条电电场场线线不不相相交交.(3.(3）静电场电场线不闭合）静电场电场线不闭合.第十八页，本课件共有64页一对等量正点电荷的电场线一对等量正点电荷的电场线+带电平行板电容器的电场线带电平行板电容器的电场线+第十九页，本课件共有64页二、电场强度通量二、电场强度通量 通过电场中某一个面的通过电场中某一个面的电场线数电场线数叫做通过这个面的叫做通过这个面的电场强度通量电场强度通量.闭合曲面的电场强度通量闭合曲面的电场强度通量 闭合曲面法向正向规定自内向外，因此穿入的电通闭合曲面法向正向规定自内向外，因此穿入的电通量为负，穿出的电通量为正量为负，穿出的电通量为正.第二十页，本课件共有64页三、三、高斯定理高斯定理 在真空中在真空中,通过任一通过任一闭合闭合曲面的电场强度通量曲面的电场强度通量,等于该曲面所包围的所有电荷的代数和除以等于该曲面所包围的所有电荷的代数和除以 .高斯定理的导出高斯定理的导出库仑定律库仑定律电场强度叠加原理电场强度叠加原理注意注意(1(1）为高斯面上某点的场强，是由空间为高斯面上某点的场强，是由空间所有电荷所有电荷产生产生的，与面内面外电荷都有关的，与面内面外电荷都有关.第二十一页，本课件共有64页(2(2）通过高斯面）通过高斯面S的的 通量只与通量只与S面内面内的电荷有关，与的电荷有关，与S面外面外的电荷无关的电荷无关.(3(3）高斯面内有多余正电荷，必有）高斯面内有多余正电荷，必有 线穿出；有多余负线穿出；有多余负电荷，必有电荷，必有 线穿入，正电荷为场的源头，负电荷为场线穿入，正电荷为场的源头，负电荷为场的尾闾，即静电场是的尾闾，即静电场是有源场有源场.第二十二页，本课件共有64页四、应用四、应用高斯定理计算电场高斯定理计算电场 2.2.用高斯定理求解静电场的步骤用高斯定理求解静电场的步骤(1).场对称性分析场对称性分析.(2).选取高斯面选取高斯面.(3).确定面内电荷代数和确定面内电荷代数和 .(4).应用定理列方程求解应用定理列方程求解.1.1.用高斯定理求解静电场的条件用高斯定理求解静电场的条件 静电场具有球对称、轴对称或面对称等特殊对称静电场具有球对称、轴对称或面对称等特殊对称性，性，可从积分号内提出，变积分方程为代数方程可从积分号内提出，变积分方程为代数方程.第二十三页，本课件共有64页+例例:一半径为一半径为 ,均匀带电均匀带电 的薄球壳的薄球壳.求球壳内外任求球壳内外任意点的电场强度意点的电场强度.（1）球壳内）球壳内（2）球壳外）球壳外解解:电场分布具有球对称，选同心球面为高斯面电场分布具有球对称，选同心球面为高斯面第二十四页，本课件共有64页例例:无无限限大大均均匀匀带带电电平平面面，单单位位面面积积上上的的电电荷荷(即即电电荷荷面密度面密度)为为 ，求距平面为，求距平面为 处的电场强度处的电场强度.选取轴上带电平面，两底面与选取轴上带电平面，两底面与带电面等距为高斯面带电面等距为高斯面.解：解：+对称性分析：对称性分析：面面且且与与带带电电平平面面等等距距的的两两侧侧各点各点 的大小相等的大小相等.垂直于平垂直于平第二十五页，本课件共有64页例题例题 求：电荷面密度分别为求：电荷面密度分别为 1 1 、2 2 两个平行放置的两个平行放置的无限大均匀带电平面的场强分布。无限大均匀带电平面的场强分布。A B C +解：解：第二十六页，本课件共有64页例题例题2 求：电量为求：电量为Q、半径为、半径为R 的均匀带电球体的场强分布的均匀带电球体的场强分布。R解：解：选择高斯面选择高斯面过待求场点的同心球面过待求场点的同心球面r0ER第二十七页，本课件共有64页6-3 电势电势预习要点预习要点1.静静电电场场中中电电场场力力作作功功有有什什么么特特点点?静静电电场场环环路路定定理理的的内容及数学表述式如何内容及数学表述式如何?它反映静电场的什么特性它反映静电场的什么特性?2.电电势势差差、电电势势的的定定义义是是什什么么?领领会会用用场场强强和和电电势势的的积积分关系计算电势分布的方法分关系计算电势分布的方法.3.点电荷电场中的电势分布规律是怎样的点电荷电场中的电势分布规律是怎样的?4.什么是电势叠加原理什么是电势叠加原理?如何应用它求电势分布如何应用它求电势分布?5.注意等势面的意义和性质注意等势面的意义和性质.第二十八页，本课件共有64页一、一、静电场的环路定理静电场的环路定理1.1.静电场力所作的功静电场力所作的功结果结果:仅与仅与 的的始末始末位置位置有关有关，与路径无关，与路径无关.第二十九页，本课件共有64页2.2.静电场的环路定理静电场的环路定理 在静电场中，电场力移动单在静电场中，电场力移动单位电荷沿闭合路径一周所作的功位电荷沿闭合路径一周所作的功(静电场的环流静电场的环流)为零为零.证明证明移动电荷移动电荷q0沿闭合路径一周电场力作功：沿闭合路径一周电场力作功：静电场是静电场是保守力场保守力场或称为或称为有势场有势场.第三十页，本课件共有64页二、电势能二、电势能 静电场静电场是是保守力场保守力场，静电场力是，静电场力是保守力保守力.静电场力静电场力所作的功就等于电荷所作的功就等于电荷电势能增量电势能增量的的负值负值.令令 试验电荷试验电荷 在电场中某点的电势能，在数值上就在电场中某点的电势能，在数值上就等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功等于把它从该点移到零势能处静电场力所作的功.第三十一页，本课件共有64页三、电势和电势差三、电势和电势差1.1.电势差电势差由由得得定义电势差定义电势差得得 即静电场中即静电场中a、b两点的电势差等于将单位正电荷由两点的电势差等于将单位正电荷由a点经任意路径移至点经任意路径移至b点电场力的功点电场力的功.移送电荷移送电荷q电场力的功电场力的功第三十二页，本课件共有64页2.2.电势电势定义电势定义电势规定规定 即静电场某点电势是该点与零电势点之间的电势差，即静电场某点电势是该点与零电势点之间的电势差，数值上等于单位正电荷从该点经任意路径移到零电势点数值上等于单位正电荷从该点经任意路径移到零电势点时电场力所作的功时电场力所作的功.电势是电场中场点位置的函数，从作功方面反映静电场电势是电场中场点位置的函数，从作功方面反映静电场的特性的特性.第三十三页，本课件共有64页 电势零点选择方法：电势零点选择方法：有限带电体以无穷远为电势零点，有限带电体以无穷远为电势零点，实际问题中常选择地球电势为零实际问题中常选择地球电势为零.物理意义物理意义 把单位正试验电荷从点把单位正试验电荷从点 移到移到无穷远无穷远时，时，静电场力所作的功静电场力所作的功.注意注意电场力作功与路径无关，积分时可选便于计算的路径电场力作功与路径无关，积分时可选便于计算的路径.场强积分法计算电势分布场强积分法计算电势分布第三十四页，本课件共有64页3.3.点电荷场的电势分布点电荷场的电势分布 真空中点电荷的场强分布已知可用场强积分法求其电真空中点电荷的场强分布已知可用场强积分法求其电势分布势分布.由由选取一条场线为积分线选取一条场线为积分线则则取取第三十五页，本课件共有64页取取 时时第三十六页，本课件共有64页四、电势叠加原理四、电势叠加原理点电荷系点电荷系电荷电荷连续连续分布分布:先无限分割取电荷元先无限分割取电荷元dq，再求和式极限再求和式极限.第三十七页，本课件共有64页例例:正电荷正电荷q均匀分布在半径为均匀分布在半径为R 的细圆环上的细圆环上.求圆环轴线求圆环轴线上距环心为上距环心为x处点处点P 的电势的电势.环上各点到轴线等距环上各点到轴线等距.解：解：将圆环分割成无限多个将圆环分割成无限多个电荷元电荷元dq，有，有第三十八页，本课件共有64页例例:均匀带电球面半径为均匀带电球面半径为R，电荷量为，电荷量为q，求：球面内、外，求：球面内、外的电势分布的电势分布.解：解：选选无穷远无穷远为电势零点，任一场线为积分路径为电势零点，任一场线为积分路径I区：球面内电势区：球面内电势球面内、外的场强球面内、外的场强第三十九页，本课件共有64页II区：球壳外电势区：球壳外电势III第四十页，本课件共有64页讨论讨论1.1.球球面面上上点点的的电电势势计计算算方方法法与与球球面面外外相相同同，积积分分限限由由 ，得，得2.2.均匀带电球面内各点电势相同，都等于球面上的电势均匀带电球面内各点电势相同，都等于球面上的电势.3.3.均均匀匀带带电电球球面面外外的的电电势势分分布布与与一一个个位位于于球球心心带带相相等等电电荷荷量的点电荷的电势分布相同量的点电荷的电势分布相同.第四十一页，本课件共有64页五、等势面五、等势面 空间空间电势相等的点电势相等的点连接起来所形成的面称为等势面连接起来所形成的面称为等势面.为了描述空间电势的分布，规定任意两为了描述空间电势的分布，规定任意两相邻相邻等势面间的等势面间的电势差相等电势差相等.在静电场中，电荷沿等势面移动时，电场力作功在静电场中，电荷沿等势面移动时，电场力作功 在静电场中，电场强度在静电场中，电场强度 总是与等势面垂直的，即总是与等势面垂直的，即电场线是和等势面正交的曲线簇电场线是和等势面正交的曲线簇.按规定，电场中任意两相邻等势面之间的电势差相等，按规定，电场中任意两相邻等势面之间的电势差相等，因此等势面的疏密程度同样可以表示场强的大小因此等势面的疏密程度同样可以表示场强的大小所以所以第四十二页，本课件共有64页*六、六、场强和电势的微分关系场强和电势的微分关系 电场中某一点的电场中某一点的电场强度电场强度沿沿某一方向的分量某一方向的分量，等于这，等于这一点的电势沿该方向单位长度上一点的电势沿该方向单位长度上电势变化电势变化的的负负值值.而而第四十三页，本课件共有64页2.2.直角坐标系中直角坐标系中1.1.物理意义物理意义 （1 1）空间某点电场强度的大小等于该点处电势空间某点电场强度的大小等于该点处电势 的空间变化率的空间变化率.（2 2）电场强度的方向恒指向电势降落的方向电场强度的方向恒指向电势降落的方向.讨论讨论3.3.已知电势分布，利用场强与电势的微分关系可求出场已知电势分布，利用场强与电势的微分关系可求出场强分布强分布.电势为标量，场强为矢量，先利用电势叠加原理电势为标量，场强为矢量，先利用电势叠加原理求出电势分布，再利用场强和电势的微分关系求出场强分布，求出电势分布，再利用场强和电势的微分关系求出场强分布，较直接用场强叠加法求电场要容易较直接用场强叠加法求电场要容易.第四十四页，本课件共有64页6-4 静电场中的导体和电介质静电场中的导体和电介质预习要点预习要点1.领会导体静电平衡条件的场强表述和电势表述领会导体静电平衡条件的场强表述和电势表述.2.带电导体静电平衡时的电荷分布规律是怎样的带电导体静电平衡时的电荷分布规律是怎样的?3.带电导体表面外附近的场强分布特点如何带电导体表面外附近的场强分布特点如何?什么是尖端什么是尖端放电现象放电现象?4.什么是静电屏蔽什么是静电屏蔽?领会其原理领会其原理.5.注意电介质的极化现象及其对场强分布的影响注意电介质的极化现象及其对场强分布的影响.第四十五页，本课件共有64页一、一、导体的静电平衡条件导体的静电平衡条件 导导体体内内有有大大量量的的自自由由电电荷荷，在在电电场场的的作作用用下下，导导体体表表面面上上正正、负负电电荷荷相相对对聚聚集集，出出现现感感应应电电荷荷的的现现象象叫叫静静电感应现象电感应现象.导导体体上上任任何何部部分分无无宏宏观观电电荷荷的的定定向向移移动动的的状状态态，称称为为导体导体静电平衡状态静电平衡状态.1)1)导体内部任意一点的场强为零导体内部任意一点的场强为零.1.静电平衡条件的场强表述静电平衡条件的场强表述2)2)导体表面附近的场强处处与表面垂直导体表面附近的场强处处与表面垂直.导体内电场强度导体内电场强度 =外电场强度外电场强度 +感应电荷电场强度感应电荷电场强度第四十六页，本课件共有64页 导体表面是等势面导体表面是等势面 导体内部电势相等导体内部电势相等2.2.静电平衡条件条件的电势表述静电平衡条件条件的电势表述对于带电体和空腔导体，导体的静电平衡条件也适用对于带电体和空腔导体，导体的静电平衡条件也适用.处于静电平衡的导体是等势体，其表面是等势面处于静电平衡的导体是等势体，其表面是等势面.第四十七页，本课件共有64页二、带电导体表面附近的场强及其电荷分布二、带电导体表面附近的场强及其电荷分布 带电导体电荷分布在导体外表面上带电导体电荷分布在导体外表面上,内部无静电荷内部无静电荷.为表面某处电荷面密度，用高斯定理可以证明为表面某处电荷面密度，用高斯定理可以证明该处表面外附近点的场强该处表面外附近点的场强 导导体体表表面面外外附附近近空空间间的的电电场场强强度度与与该该处处导导体体电电荷荷面面密密度成正比度成正比.带带电电导导体体尖尖端端附附近近的的电电场场特特别别大大，可可使使尖尖端端附附近近的空气发生电离而产生放电现象，即的空气发生电离而产生放电现象，即尖端放电尖端放电.第四十八页，本课件共有64页尖端放电尖端放电：带电的尖端电场强，使附近的空气电离，带电的尖端电场强，使附近的空气电离，因而产生放电。因而产生放电。雷击大厦雷击大厦第四十九页，本课件共有64页三、静电屏蔽三、静电屏蔽 1.1.屏蔽外电场屏蔽外电场 外外电电场场线线不不能能进进入入空空腔腔导导体体，空空腔腔导导体体可可以以屏屏蔽蔽外外电电场场,使使空空腔腔内物体不受外电场影响内物体不受外电场影响.接地接地空腔导体空腔导体接地接地空腔导体将使外部空间不受空腔空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响内的电场影响.2.2.屏蔽腔内电场屏蔽腔内电场 一个一个接地的空腔导体接地的空腔导体可以隔离内外静电场的影响，这可以隔离内外静电场的影响，这称为称为静电屏蔽静电屏蔽.3.3.静电屏蔽的应用静电屏蔽的应用第五十页，本课件共有64页如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。如：高压带电作业人员穿的导电纤维编织的工作服。第五十一页，本课件共有64页四、电介质的极化四、电介质的极化1.无极无极分子电介质分子电介质:分子正、负电荷中心分子正、负电荷中心重合的重合的电介质电介质.2.有极有极分子电介质分子电介质:分子正、负电荷中心分子正、负电荷中心不重合不重合的电介质的电介质.3.位移极化：位移极化：正、负电荷中心正、负电荷中心拉开，形成电偶极子拉开，形成电偶极子.4.转向极化：转向极化：电偶极子在电偶极子在外场作用下发生转向外场作用下发生转向.第五十二页，本课件共有64页介质内电场强度介质内电场强度 外电场强度外电场强度 极化电荷电场强度极化电荷电场强度 电介质极化的过程，就是使分子偶极子的极矩增电介质极化的过程，就是使分子偶极子的极矩增大或有一定的取向的过程大或有一定的取向的过程.为电介质的相对介电常数为电介质的相对介电常数第五十三页，本课件共有64页*五、电位移矢量五、电位移矢量 介质中的高斯定理介质中的高斯定理电位移矢量电位移矢量在均匀各向同性介质中在均匀各向同性介质中+-+-有介质有介质时的时的高斯高斯定理定理定义定义:绝对介电常数绝对介电常数均匀介质均匀介质第五十四页，本课件共有64页6-5 电容电容 电场的能量电场的能量预习要点预习要点1.领会电容器电容的定义、平行板电容器的计算公式是怎领会电容器电容的定义、平行板电容器的计算公式是怎样导出的？样导出的？2.注意领会电容器的储能公式和电容的物理意义注意领会电容器的储能公式和电容的物理意义.3.电场能量体密度与哪些因素有关电场能量体密度与哪些因素有关?第五十五页，本课件共有64页一、电容器的电容一、电容器的电容1.电电容容器器:被被电电介介质质分分隔隔开开的的两两个个相相距距较较近近的的导导体体组组成成的系统的系统.2.2.电容器的电容器的电容电容 电电容容C的的大大小小仅仅与与导导体体的的形形状状、相相对对位位置置、其其间间的的电电介介质质有有关关，是是一一个个由由电电容容器器自自身身特特性性确确定定的的常常量量，与与所所带电荷量及两极板之间的电势差带电荷量及两极板之间的电势差无关无关.式中式中Q为电容器所带电荷，为电容器所带电荷，U为两极板间的电势差为两极板间的电势差.第五十六页，本课件共有64页3.3.几种电容器的电容几种电容器的电容 平板电容器平板电容器+-两带电板间的电场强度为两带电板间的电场强度为设两极板分别带电荷量为设两极板分别带电荷量为两带电极板间的电势差为两带电极板间的电势差为平板电容器电容平板电容器电容为为第五十七页，本课件共有64页球形电容器是由半径分别为球形电容器是由半径分别为 和和 的两同心金的两同心金属球壳所组成属球壳所组成 设内球带正电（），外球带负电（）设内球带正电（），外球带负电（）球形电容器的电容球形电容器的电容两球壳间两球壳间第五十八页，本课件共有64页 圆柱形电容器圆柱形电容器电容电容 园柱形电容器是由半径分别为园柱形电容器是由半径分别为 和和 的两个同轴的两个同轴园柱形极板组成，且园柱形极板组成，且 ，极板的长度都为，极板的长度都为 ，且，且 远大于远大于 和和 .设两导体园柱面单位长度上分别带电荷量为设两导体园柱面单位长度上分别带电荷量为 .第五十九页，本课件共有64页二、电容器的储能公式二、电容器的储能公式电容器储存的电能电容器储存的电能 设设电电容容为为C，带带电电q时时两两极极板板间间电电势势差差为为U，充充电电时时将将dq（dq0)由负极板移至正极板，电源作功：由负极板移至正极板，电源作功：充电结束时电源所作的功：充电结束时电源所作的功：第六十页，本课件共有64页三、电场的能量三、电场的能量物理意义物理意义:电场是一种物质，它具有能量电场是一种物质，它具有能量.电场空间所储存的能量电场空间所储存的能量 电场能量体密度电场能量体密度平板电容器平板电容器第六十一页，本课件共有64页例例：两两个个同同轴轴圆圆柱柱面面长长为为l,由由半半径径分分别别为为R1和和R2（R1R2）的的两两无无限限长长金金属属圆圆柱柱面面构构成成，单单位位长长度度所所带带电电荷荷量量分分别别为为+、-，其间充有介电常数为，其间充有介电常数为 的电介质的电介质.求：求：(1)(1)两柱面间的电场能；两柱面间的电场能；(2)(2)电容电容.解解:两柱面间的电场两柱面间的电场 在两柱面间取长为在两柱面间取长为l，内、外径分，内、外径分别为别为r和和r+dr的圆柱薄层为体元的圆柱薄层为体元第六十二页，本课件共有64页又又第六十三页，本课件共有64页感感谢谢大大家家观观看看第六十四页，本课件共有64页